金属化/自组装同步可控合成增强光降解效率卟啉纳米晶

摘要

纳米功能材料一直是纳米科技的重要研究方向之一，分子自组装是获得功能纳米材料的一个重要手段，利用自组装技术在超分子层面上实现有机功能分子的可控自组装，并进一步实现其功能的调控，是目前超分子化学、纳米技术、材料化学等领域的重要课题。卟啉类化合物是自然界中的常见物质，广泛存在于自然界中，是一类特殊的大环共轭化合物，其大环平面骨架分子具有24中心26电子的大π键，是一个非常稳定的高度共轭体系，具有良好的荧光性、化学和热稳定性，是一种理想的组装基元。金属卟啉是指卟吩及其衍生物与金属离子形成的配位化合物，一般具有比卟啉更好的光电效应。但价格相对昂贵，且目前金属卟啉的合成中需要繁琐的步骤，同时大多都用到大量的有机溶剂。在这一背景下，我们力求寻找一种简单、有效、经济、具有一定通用性的金属化/自组装同步实现的技术，基于本课题组前期的工作，结合酸碱中和/胶束限域可控卟啉分子自组装的方法，实现四吡啶基卟啉金属化与自组装的同步进行。
　　(1)金属卟啉较之不带金属原子的卟啉，拥有更好的电子缓冲性、光电磁性、光催化活性、光电转化、光敏性和高度的化学稳定性以及更高更宽的光谱响应，因而在光、电、磁学的特性功能材料中备受关注，所以我们选取具有很好的化学、光学和热稳定性的5，10，15，20-四（4-吡啶基）卟啉作为模块基元，Zn(NO3)2作为金属源，开发出一种经济高效的“同步法”，实现卟啉金属化和自组装同步进行的目的。该法中我们利用卟啉酸碱中和/胶束限域可控自组装的方法，通过对乳化剂种类、碱源种类、溶液的pH进行调控，探测在自组装过程中Zn原子能成功进入卟啉吡啶环内，促使自组装中卟啉金属化的条件，并得到了具有不同形貌的自组装体，我们将其中一些的组装体应用到甲基橙(MO)的光催化降解，结果显示具有长程有序的π-π堆积结构的金属化的卟啉纳米长线显示出了高效的光催化降解效率。
　　(2)研究了两亲性卟啉:血卟啉和血红素作为乳化剂，利用酸碱中和/胶束限域对卟啉分子进行自组装的可能。分别采用血卟啉和血红素作为乳化剂，5，10，15，20-四（4-吡啶基）卟啉和5，10，15，20-四（4-吡啶基）锌卟啉作组装基元，研究了各种实验条件对组装体形貌的影响以及两种卟啉共组装的情况。并对其组装机理进行初步的研究。为卟啉组装体在生物体中的应用提供了研究基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 自组装

1．2 超分子自组装

1．2．1 超分子自组装概述

1．2．2 超分子自组装的前景及应用

1．3 卟啉自组装

1．3．1 卟啉和金属卟啉概述

1．3．2 常见的卟啉自组装方法

1．3．3 卟啉自组装纳米材料的应用

1．4 本论文研究的目的和内容

参考文献

2 同步法制备金属卟啉组装体及其光催化研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 样品与试剂

2．2．2 测试仪器

2．2．3 实验步骤

2．2．4 光催化性能测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 金属络合前后自组装体的形貌

2．3．2 不同实验条件对自组装体形貌的影响

2．4 机理分析

2．5 光催化实验

2．5．1 目标降解物-甲基橙

2．5．2 光催化降解曲线

2．5．3 光催化降解机理分析

2．6 本章结论

参考文献

3 卟啉乳化剂的新型自组装

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 样品与试剂血红素

3．2．2 测试仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 以血红素为乳化剂，H2TPyP的自组装

3．3．2 血卟啉为乳化剂，H2TPyP／ZnTPyP共组装

3．3．3 血红素为乳化剂，H2TPyP／ZnTPyP共组装

3．4 机理探究的SEM形貌表征

3．4．1 H2TPyP独立成核生长模式

3．4．2 ZnTPyP颗粒堆积生长模式

3．5 本章结论

参考文献

4 总结与展望

4．1 工作总结

4．2 问题和展望

4．2．1 存在的问题

4．2．2 展望

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢